LCフィルターで使用するコイル

Question

LCフィルターで使用するコイル
LCフィルターでLPFを作っています。現状では、TDK社製のTSL1315RA-330K3R7-PFを使用し、性能には満足しているのですが、コイルで発生する磁界が周囲の回路に影響を与える可能性があるので、トロイダルコイルを自作して付け替えてみました。そうすると、LCフィルターの出力電力がほとんど上がらず、トロイダルコイルがかなり発熱していました。
自作したトロイダルコイルを測定した限りでは、インダクタンス値はもとより周波数特性とQ値も問題無さそうなのですが、何か原因はあるのでしょうか？
LCフィルターを通過させたい電力は30Wで、負荷は200Ω、周波数は480kHz、コアはFT82-61、巻き数は21ターンでインダクタンスを約33uHとしています。

bogen555 · Accepted Answer

続きです。
電磁気学特に磁気学を理解してから実際にコイルを巻きます。
FT82-61のデータはここから（Material 61 より）
https://www.amidoncorp.com/pages/specifications
最大磁束密度Bm=2350[G]、実効断面積Ae=0.246[cm^2]、AL値=75[nH/T^2]です。
電流をI、磁束をΦ、コイルの捲き数をNとして、インダクタンスLの定義式から
dΦ/dt=LdI/dt
また
Φ=B・Ae・N
だから、磁束密度の変化分ΔBは
ΔB=LI/(AeN)
∴I=ΔBAeN/L
なおAL値から21ターンのとき
L=(AL値)N^2=75×21×21=33075[nH]≒33[μH]
で、Bmから飽和しない磁束密度の変化分ΔB=0.16[T]として
Imax=0.16[T]×0.246×10^(-4)[m^2]×21/{33×10^(-6)}=2.5[Apk]
です。
元の6.8Aに比べ小さすぎるでしょう。
あと使用した銅線の太さがわかりませんが、これもめいっぱい太くしないと表皮効果で実効断面積は小さくなってます。

なお、磁気飽和してもただの銅線ではなく、空芯コイルとなります。
480kHzでは近接効果の為リッツ線は損失が増大します。
そこら辺の話は、この「2001 Magnetics Design Handbook」をDLして読むとエエです。
http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM401014

bogen555 · Answer

TDKのTSL1315RA-330K3R7-PFは、最大電流が磁気飽和からは6.8Aで温度上昇からは3.7Aです。
書かれているように「開磁路」ですから、「閉磁路」タイプが望みならここの
p.117 RCR1616が上と同様に最大電流が 5.0A/4.8Aです。
p.129 DEP1016は 5.8A/7.3Aです。
http://www.sumida.com/en/products/catalog/2010_Power_web.pdf
経験上トロイダルコイルの漏れ磁束は結構大きくて、「閉磁路」タイプにはかなわないです。

自分で巻く場合は、結構面倒です。
まず認識すべきは、大昔から魔法と言えば「鏡」と「磁石」を使います。
「磁石」に関する魔法の話は、ギルバートの磁石論にデタラメな話として収録されています。
・磁石にニンニクを塗ると磁力を失う
・古女房の枕の下に磁石を置けば、翌朝にはほほえみながら何処とも無く立ち去る
等々
磁性の話になるとここまでひどくないけどほとんどデタラメなレスがつくのは、歴史的には当然の話です。
磁性を理解する為には、電磁気学を理解する必要があります。
ここで推薦されている「よくわかる電磁気学」を読むことを勧めます。
http://blog.livedoor.jp/dankogai/archives/51443231.html
「電磁気学とは充分に発達した科学技術は、魔法と見分けが付かないという・・・
これを攻略するか否かが物理学が一生魔法で終わるかそれとも科学になるのかの分水嶺とも思われる。」

2kaku34 · Answer

ひょっとして渦電流で発熱？参考にして下さい。

コイルの芯は
LCフィルターの発熱　http://soudan1.biglobe.ne.jp/qa5180684.html
電磁調理器にも利用される“渦（うず）電流”とは？
http://www.tdk.co.jp/techmag/inductive/200803/index2.htm
スピーカーネットワークのコイル（最悪の場合発熱します）
http://soudan1.biglobe.ne.jp/qa254810.html
ネットワークコイルの自作（空芯コイルかフェライトコアか）
http://www38.tok2.com/home/shigaarch/OldBBS/54solenoidinductance.htm
コイルの発熱抑制方法（PWW駆動）
http://patent.astamuse.com/ja/published/JP/No/2009163047

noname#115788 · Answer

それは、間違いなくトロイダルコアが磁気飽和しています。

磁気飽和すると、コイルはただの銅線となりコイルとして機能しません。
通常は飽和しないようにギャップ付きのコアを使います。ギャップ付は当然磁束漏が発生します。

トロイダルコアの材質の
最大磁束密度(B) ｘ　断面積
で決まる磁界の強さがコイルが発生する磁界の強さより小さいと飽和します。

電磁気学で明かなように、コイルが発生する磁界の強さは電流だけで決まるので、電力は関係ありません。ＬＣＲメーターなどで測定する場合には、電流が微少なので飽和しないのです。最大電流を計算して、それに適合するコイルを設計するか、購入しましょう。

漏れ磁界が問題になるようでしたら、磁気シールド付きのチョークコイルが販売されていますからそれの購入をお勧めします(^ ^)ノ

LCフィルターで使用するコイル

続きです。

TDKのTSL1315RA-330K3R7-PFは、最大電流が磁気飽和からは6.8Aで温度上昇からは3.7Aです。

ひょっとして渦電流で発熱？参考にして下さい。

それは、間違いなくトロイダルコアが磁気飽和しています。

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